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某水电站坝下非恒定流计算说明书 某水电站坝下非恒定流计算 项 目：某水电站枢纽初步设计 设计阶段：初步设计 资料名称：某水电站坝下河段一维水力学非恒定流计算成果 设计单位： 设计计算： 校 核： 某水电站坝下非恒定流计算说明书 1计算概述 由于某水电站电站枯季或汛期调峰发电对应的电站尾水过程是一个非恒定流过程，流量、水位指标随时间的急剧变化必将对坝下的航运造成影响采用非恒定流数学模型对某水电站坝下的水流运动情况进行数值模拟计算。基于树状河网通用算法，采用四点线性隐式格式（Preissmann格式）对圣维南方程组进行数值离散，根据某水电站坝下的地形资料（5个大断面）及水文资料（枯水期的枯水流量及对应的上、下坝址水位～流量关系）建立某水电站坝下3.5km范围河段的一维水力学模拟模型，分析计算某水电站坝下河段电站不同下泄的水流。 根据枯水期的水文资料（枯水流量及上下游坝址水位～流量关系）率定模型参数，然后分别将枯水期和汛期对应的某水电站电站6种下泄过程作为模型的上边界，某水电站坝址水位～流量关系作为模型的下边界，合理河段的初始计算条件，通过模型计算上述6种不同下泄流量过程条件下的某水电站坝下河段各断面的流量过程Q（t）、水位过程Z（t）、水深H及平均流速V平均2模型原理 河道水力学模拟模型的本质是明渠非恒定流演算，其理论基础是Saint-Venant方程组，对Saint-Venant方程组的求解，解析方法目前还有困难，主要采用数值解法。常用的数值模拟方法为有限差分法、有限单元法及有限分析法。其中有限差分法的基本方法是把求解域划分为矩形网格，将Saint-Venant方程组中的连续变量按网格进行离散化，以差商近似代替导数，故将求解偏微分方程组转化为求解代数方程组。本次计算的资料情况，拟建立基于有限差分离散求解的河道一维水力学模拟模型。 4计算条件 4.1规程规范 1、SL104－95 水利工程水利计算规范 2、水利水电工程水文计算规范 4.21、各断面形状如下所示。 （1）上坝址（BZ）断面图 （2）XJ2断面图 （3）冲40-1断面图 （4）XJ4断面图 （5）下坝址断面图 、、4.3模型概化 计算区域为某水电站上坝址至某水电站下坝址河段，某水电站电站即位于上坝址，模型计算所需的边界条件和初始条件概化如下： 1、边界条件 上边界为某水电站电站下泄流量过程；下边界为坝址水位～流量关系。 2、初始条件 假设下坝址筑有挡水坝，则各断面的初始流量为0；由于下边界为假设的挡水坝，可假定初始有一个很高的水位，每隔一个时段降低一个数值，一直降到由枯水流量查下坝址断面水位～流量关系所的的水位，则下边界即为上述的水位过程；上边界为枯水流量过程，令其恒定不变。以上述初始及边界条件作为模型输入，通过本模型计算一段时间，使之达到一个恒定流状态，以该状态下各断面的水位和流量值作为模型的初始条件。采用上文所述方法计算得某水电站坝下各断面初始条件如下： 1）各断面水位图 2）各断面流量值 4.4模型率定 鉴于对模型稳定性和计算精度的要求，须对影响模型稳定性和计算精度的待定参数进行逐一确定。模型中的待定参数主要有影响差分格式稳定性的差分格式权系数、时间步长、空间步长及反映固体边界作用的糙率系数。 5某水电站坝下非恒定流计算成果 5.方案计算成果 根据条件，分别计算了下某水电站坝下各断面的水力要素值：流量Q、水位Z、平均流速V平均及最大水深H。 1枯水期运行方式1 1）上坝址断面各水力要素 2）XJ2断面各水力要素 3）冲40-1断面各水力要素